(57)【要約】【課題】  フィレットに脆化部が存在しても接合部の接合強度を充分に確保することのできるステンレス部品のろう付け方法を提供する。【解決手段】  ステンレス部品１、２同士を粉末ろう材４によりろう付けするステンレス部品のろう付け方法において、Ｎｉ粉末３を混合したＮｉ−Ｐ系またはＮｉ−Ｃｒ−Ｐ−Ｓｉ系の粉末ろう材４でろう付けした後、さらにＮｉ−Ｐ系またはＮｉ−Ｃｒ−Ｐ−Ｓｉ系の粉末ろう材４でろう付けする。最初のろう付けで、接合部の接合強度を確保することができ、２回目のろう付けで、１回目のろう付けでできた隙間を流れ性の良いＮｉ−Ｐ系またはＮｉ−Ｃｒ−Ｐ−Ｓｉ系で充填させることができる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステンレス部品（１、２）同士を粉末ろう材（４）によりろう付けするステンレス部品のろう付け方法において、
Ｎｉ粉末（３）を混合したＮｉ−Ｐ系またはＮｉ−Ｃｒ−Ｐ−Ｓｉ系の粉末ろう材（４）でろう付けした後、さらにＮｉ−Ｐ系またはＮｉ−Ｃｒ−Ｐ−Ｓｉ系の粉末ろう材（４）でろう付けする
ことを特徴とするステンレス部品のろう付け方法。
【請求項２】
請求項１に記載のステンレス部品のろう付け方法であって、
前記Ｎｉ−Ｐ系またはＮｉ−Ｃｒ−Ｐ−Ｓｉ系の粉末ろう材（４）に、前記Ｎｉ粉末（３）を５〜６０重量％混合させた
ことを特徴とするステンレス部品のろう付け方法。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載のステンレス部品のろう付け方法であって、
前記ステンレス部品（１、２）の接合面（１ａ、２ａ）に対するろう材の塗布量を、前記接合面（１ａ、２ａ）における全体積の３０〜８０％とした
ことを特徴とするステンレス部品のろう付け方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばステンレス部品同士を粉末ろう材によりろう付けするステンレス部品のろう付け方法に関し、詳細には、ろう付け接合部の接合強度を高める技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、ステンレス鋼からなる構成部品より形成される熱交換器（以下、ステンレス熱交換器という）は、チューブやフィンなどの構成部品をろう材によってろう付けすることにより形成されている。ステンレス熱交換器のろう付けには、Ｃｕ系（銅系）ろう材に比べて低融点でろう材の広がり性が良好であるなどの利点を有することから、Ｎｉ−Ｐ系（ニッケル−リン系）ろう材やＮｉ−Ｃｒ−Ｐ−Ｓｉ系（ニッケル−クロム−リン−シリカ系）ろう材が広く使用されている。
【０００３】
ところで、Ｎｉ（ニッケル）中のＰ（リン）はろう材の融点を下げ、ろうの流れ性を向上させるため、Ｐを約６〜１１％含むろう材を使用してろう付けするのが一般的である（例えば、特許文献１など参照）。
【特許文献１】特開２００１−１５０１２６号公報（第２頁および第３頁、第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところが、Ｐを６〜１１％含むろう材は、ろう付け後のフィレットにＰ濃度の高い脆化部を作りやすく、接合強度が低いという問題がある。図８（ａ）は、ろう材としてＪＩＳ規格に規定されているＢＮｉ６（Ｎｉ−１１％Ｐ）でチューブ１０１とフィン１０２をろう付けした部分を拡大して示す図である。この図からわかるように、ろう付け部であるフィレット１０３に、Ｐ濃度が高い脆化部１０４が形成されていることが判る。
【０００５】
ろう材中のＰ濃度を下げれば、図８（ｂ）に示すように、ろう付け後のフィレット１０３中の脆化部１０４の量（面積）は減少させることはできる。しかしながら、脆化部１０４は、最終凝固層であるため、フィレット１０３中に僅かに残る。このフィレット１０３中に残った脆化部１０４は、フィレット１０３を横断する形で存在するため、チューブ１０１とフィン１０２との接合部の接合強度を低下させる。
【０００６】
つまり、前記したろう材を使用した場合、脆化部１０４がフィレット１０３を横断して形成されていることから、脆化部１０４にひびが入ると、フィレット１０３全体に亘ってひびが進行する。このため、チューブ１０１とフィン１０２の接合部では、充分な接合強度を確保することができない。
【０００７】
そこで、本発明は、前記した課題を解決すべくなされたものであり、フィレットに脆化部が存在しても接合部の接合強度を充分に確保することのできるステンレス部品のろう付け方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１に記載の発明は、ステンレス部品同士を粉末ろう材によりろう付けするステンレス部品のろう付け方法において、Ｎｉ粉末を混合したＮｉ−Ｐ系またはＮｉ−Ｃｒ−Ｐ−Ｓｉ系の粉末ろう材でろう付けした後、さらにＮｉ−Ｐ系またはＮｉ−Ｃｒ−Ｐ−Ｓｉ系の粉末ろう材でろう付けすることを特徴とする。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のステンレス部品のろう付け方法であって、前記Ｎｉ−Ｐ系またはＮｉ−Ｃｒ−Ｐ−Ｓｉ系の粉末ろう材に、前記Ｎｉ粉末を５〜６０重量％混合させたことを特徴とする。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載のステンレス部品のろう付け方法であって、前記ステンレス部品の接合面に対するろう材の塗布量を、前記接合面における全体積の３０〜８０％としたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１記載の発明によれば、Ｎｉ−Ｐ系またはＮｉ−Ｃｒ−Ｐ−Ｓｉ系の粉末ろう材にＮｉ粉末を混合した粉末ろう材を使用してステンレス部品同士をろう付けすると、脆化部が形成されたＮｉ−Ｐ系またはＮｉ−Ｃｒ−Ｐ−Ｓｉ系の粉末ろう材からなるフィレットの両脇に、Ｎｉ濃度が高く接合強度の高いフィレットが形成されるので、仮に脆化部よりひびが入ったとしてもその両側の接合強度の高いフィレットによってひび割れの進行が防止され、当該接合部の機械的強度を充分に確保することができる。
【００１２】
また、本発明によれば、Ｎｉ粉末を混合するとろう材の流動性が低下してフィレットはポーラス（孔）になり易くなるが、さらにＮｉ−Ｐ系またはＮｉ−Ｃｒ−Ｐ−Ｓｉ系の粉末ろう材でろう付けすることによって、一度目のろう付けで出来た隙間（孔）をこの粉末ろう材で埋めることができる。これにより、ステンレス部品同士を強固にろう付けすることができる。
【００１３】
請求項２記載の発明によれば、Ｎｉ−Ｐ系またはＮｉ−Ｃｒ−Ｐ−Ｓｉ系の粉末ろう材に、Ｎｉ粉末を５〜６０重量％混合させているので、Ｎｉ粉末を混合しない粉末ろう材に比べて大幅に接合強度を高めることができる。
【００１４】
請求項３記載の発明によれば、ステンレス部品の接合面に対するろう材の塗布量を、該接合面における全体積の３０〜８０％としたことにより、一度目のろう付けで出来た隙間を、２度目のろう材によって充分に充填させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明を適用した具体的な実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１６】
［ステンレス部品のろう付け方法］
図１は、Ｎｉ粉末を混合したＮｉ−Ｐ系またはＮｉ−Ｃｒ−Ｐ−Ｓｉ系の粉末ろう材で、ステンレス部品同士をろう付けしたときの工程図である。先ず、図１（ａ）に示すように、ステンレス鋼からなるステンレス部品１、２の接合面１ａ、２ａに、Ｎｉ粉末３を混合した粉末ろう材４を塗布する。
【００１７】
粉末ろう材４としては、例えばＮｉ−Ｐ系またはＮｉ−Ｃｒ−Ｐ−Ｓｉ系のろう材を用いる。この実施の形態では、Ｎｉ−Ｐ系またはＮｉ−Ｃｒ−Ｐ−Ｓｉ系の粉末ろう材４に対して、Ｎｉ粉末３を重量比で５〜６０重量％混合する。
【００１８】
次に、このステンレス部品１、２を炉内に入れて加熱する。Ｎｉ粉末３の融点は、およそ１４００℃であり、Ｎｉ−Ｐ系またはＮｉ−Ｃｒ−Ｐ−Ｓｉ系の粉末ろう材４の融点よりも高い。このため、炉内の温度が粉末ろう材４の融点に達すると、図１（ｂ）に示すように、粉末ろう材４のみ溶融する。
【００１９】
さらに、加熱を続けると、図１（ｃ）に示すように、Ｎｉ粉末３も溶融した粉末ろう材４に溶け込む。そして、ろう付け後に、これらステンレス部品１、２を冷却すると、図１（ｄ）に示すようなフィレット５が形成される。フィレット５は、Ｎｉ−Ｐ系またはＮｉ−Ｃｒ−Ｐ−Ｓｉ系の第１フィレット５ａと、この第１フィレット５ａを挟んでその両側に形成される第２フィレット５ｂとからなる。
【００２０】
第１フィレット５ａは、その中央部に接合面方向に延びるＰ濃度の高い脆化部６と、その上下に接合強度が高いＮｉ濃度の高い部分を有したフィレットからなる。第２フィレット５ｂは、Ｎｉ濃度が高く接合強度の高いフィレットである。
【００２１】
このように、本実施の形態では、第１フィレット５ａの脆化部６を挟むようにその両側にＮｉ濃度の高い第２フィレット５ｂが形成されるので、ステンレス部品１、２同士の接合強度を高めることができる。すなわち、Ｎｉ粉末３は、凝固時には接合強度が高い初晶となり、接合強度の弱い脆化部６をその両側から保護することで、仮に脆化部６にひびが入ったとしても接合強度の高い第２フィレット５ｂでこのひびの進行を防止することができる。
【００２２】
しかしながら、接合強度は確保できるものの粉末ろう材４にＮｉ粉末３を混合すると、ろう材の流動性が低下し、フィレット５はポーラスになり易くなる（孔が形成され易くなる）。このＮｉ粉末３を粉末ろう材４に混合させたろう材で熱交換器のろう付けを行うと、気密性の確保が難しい。
【００２３】
そこで、ステンレス熱交換器をろう付けする場合は、Ｎｉ粉末３を混合させないＮｉ−Ｐ系またはＮｉ−Ｃｒ−Ｐ−Ｓｉ系の粉末ろう材４で再度ろう付けを行う。すなわち、Ｎｉ粉末３を混合した粉末ろう材４でステンレス部品１、２をろう付けした後、さらにＮｉ粉末３を混合しない粉末ろう材４（Ｎｉ−Ｐ系またはＮｉ−Ｃｒ−Ｐ−Ｓｉ系の粉末ろう材）でこれらステンレス部品１、２をろう付けする。
【００２４】
Ｎｉ−Ｐ系またはＮｉ−Ｃｒ−Ｐ−Ｓｉ系の粉末ろう材４は、流れ性が良いので、一度目のろう付けで出来た隙間に入り込み、この隙間を充填させ気密性を確保する。このとき、隙間が少なすぎると（又は隙間が少なく密であると）、内部にまでろう材が充分に流れないため、Ｎｉ粉末３を混合させた粉末ろう材４の塗布量は、ろう付けを行う部分の全体積（ステンレス部品１、２の接合面１ａ、２ａ）に対し、３０〜８０％とする。こうすることで、フィレット５に形成された隙間を充填させて気密性を高めることができると共に、ステンレス部品１、２の接合強度を大幅に向上させることができる。
【００２５】
［実験例］
次に、Ｎｉ粉末３の添加量（混合量）と引っ張り強度の関係を調べるべく以下のような実験を行った。
【００２６】
先ず、図２に示すように、長さ４０ｍｍ、幅２０ｍｍのステンレス鋼からなる平板の先端を、その折り曲げ高さが１０ｍｍとなるように直角に折り曲げてテストピース７を作成する。テストピース７は、２枚作成するものとする。次に、その先端を直角に折り曲げた接合部８の接合面８ａにろう材を塗布する。ろう材は、ＢＮｉ６ろう材に、Ｎｉ粉末を５〜６０％添加したろう材９を使用する。
【００２７】
そして、図３に示すように、これらテストピース７の接合面８ａ同士を突き合わせた後、テストピース７を炉内に入れて加熱する。次に、ろう付け後のテストピース７を同図中矢印で示す方向に引っ張り、このテストピース７の接合部における引っ張り強度を測定した。
【００２８】
図４は、そのテストピース７のＮｉ粉末の添加量に対する引っ張り強度を示すグラフである。グラフ中の引っ張り強度は、試験結果をテストピース７の接合幅で割ったものである。
【００２９】
この図４から判るように、Ｎｉ粉末の添加量が無い（Ｎｉ添加量０％）には、引っ張り強度が１０Ｎ／ｍｍ以下で接合強度を確保することができない。しかしながら、Ｎｉ粉末の添加量を５〜６０重量％とした場合は、引っ張り強度が大幅に向上しているのが判る。なお、このテストピース７の接合部における断面を調べた結果、ボイドの多いフィレットであることが判った。
【００３０】
次に、ろう材塗布量と接合強度の関係を調べるべく以下の実験を行った。
【００３１】
試料には、前記したテストピース７を使用し、その接合部８の接合面８ａに対するろう材９の塗布量を変化させたときの当該接合部の引っ張り強度を測定した。引っ張り強度の測定方法は、先の実験例と同じである。
【００３２】
図５は、そのテストピース７のろう付け体積に対するろう材供給量と引っ張り強度の関係を示すグラフである。グラフ中、斜線で示す部分は、Ｎｉ粉末を混合していないＢＮｉ６ろう材の接合強度である。
【００３３】
この図５から判るように、接合面８ａに対するろう材９の塗布量を、この接合面８ａにおける全体積の３０％以上とすると、Ｎｉ粉末を含まないろう材よりも引っ張り強度が高くなっていることが判る。しかしながら、表１に示すように、Ｎｉ粉末を添加したろう材９の量が接合面８ａにおける全体積の８０％までのテストピース７では、その後のろう付け（Ｎｉ粉末を含まないＮｉ−Ｐ系またはＮｉ−Ｃｒ−Ｐ−Ｓｉ系の粉末ろう材でろう付け）で気密を確保することができるが、１００％以上ではポーラスな部分が少なすぎてろう材９が充分に流れ込まないために、気密性を確保することができない。
【表１】
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【００３４】
以上のように、ステンレス部品をろう付けするに際しては、Ｎｉ−Ｐ系またはＮｉ−Ｃｒ−Ｐ−Ｓｉ系の粉末ろう材にＮｉ粉末を混合させたろう材でろう付けした後、Ｎｉ粉末を含まないＮｉ−Ｐ系またはＮｉ−Ｃｒ−Ｐ−Ｓｉ系の粉末ろう材で再ろう付けすれば、ポーラスが無く、気密で接合強度の高いろう付けを行うことができる。また、Ｎｉ−Ｐ系またはＮｉ−Ｃｒ−Ｐ−Ｓｉ系の粉末ろう材にＮｉ粉末を５〜６０重量％混合させることによって、接合強度を充分に確保することができる。また、ろう付けを行う接合面に対するろう材の塗布量を、該接合面における全体積の３０〜８０％とすることで、気密性を高めることができる。
【００３５】
［熱交換器のろう付け方法］
次に、気密性が求められる熱交換器をろう付けする方法について説明する。
【００３６】
図６および図７は、本発明の方法により製造する熱交換器の一例である。この熱交換器１０は、プレート１１と、冷却フィン１２と、チューブ１３と、タンク１４と、パイプ１５とを備えており、所定間隔に配置した各プレート１１の間に冷却フィン１２とチューブ１３を設けて積層したコアの両端にタンク１４を取り付けた構造である。
【００３７】
この構成の熱交換器１０を製造するには、プレート１１の上に冷却フィン１２およびチューブ１３を配列させた後、これら冷却フィン１２およびチューブ１３の上にプレート１１をさらに載せる。次に、このプレート１１の上に、下層の冷却フィン１２およびチューブ１３の配列向きに対して直交する向きに冷却フィン１２およびチューブ１３を配列する。これを繰り返してプレート１１、冷却フィン１２およびチューブ１３からなるコアを形成し、そのコアの両端にパイプ１５を取り付けたタンク１４を仮組する。
【００３８】
そして、少なくともこれらプレート１１、冷却フィン１２、チューブ１３、タンク１４およびパイプ１５の接合部分にＮｉ粉末を混合させたＮｉ−Ｐ系またはＮｉ−Ｃｒ−Ｐ−Ｓｉ系の粉末ろう材を塗布した後、この仮組した熱交換器１０を炉内に投入し加熱する。この結果、粉末ろう材が溶融し冷却フィン１２、チューブ１３、タンク１４およびパイプ１５の各構成部品の接合部分がろう付けされる。
【００３９】
次に、このろう付けされた熱交換器１０に、Ｎｉ粉末を混合させないＮｉ−Ｐ系またはＮｉ−Ｃｒ−Ｐ−Ｓｉ系の粉末ろう材を塗布する。そして、この熱交換器１０を再度、炉内に投入して加熱する。すると、最初のろう付けでフィレットに形成された隙間に、Ｎｉ粉末が混合されていないＮｉ−Ｐ系またはＮｉ−Ｃｒ−Ｐ−Ｓｉ系の粉末ろう材が充填される。これにより、ポーラスが無く、気密で接合強度の高いろう付けがなされる。
【００４０】
［その他の実施の形態］
以上、本発明を適用した具体的な実施の形態について説明したが、本発明は、上述の実施の形態に制限されることなく種々の変更が可能である。
【００４１】
例えば、上述の実施の形態では、ステンレス部品のろう付けの一例として熱交換器を例に挙げて説明したが、気密性を必要とするステンレス部品から構成されるものであれば如何なるものにも本発明の方法を適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】Ｎｉ粉末を混合したＮｉ−Ｐ系またはＮｉ−Ｃｒ−Ｐ−Ｓｉ系の粉末ろう材で、ステンレス部品同士をろう付けしたときの工程図である。
【図２】Ｎｉ粉末の添加量と引っ張り強度の関係を調べる際に使用したテストピースの製造工程を示す図である。
【図３】ろう付けしたテストピースの引っ張り強度を測定する一例を示す図である。
【図４】テストピースのＮｉ粉末の添加量に対する引っ張り強度を示すグラフである。
【図５】テストピースのろう付け体積に対するろう材供給量と引っ張り強度の関係を示すグラフである。
【図６】本発明の方法により製造する熱交換器の一例を示す斜視図である。
【図７】本発明の方法により製造する熱交換器の一例を示す断面図である。
【図８】ＢＮｉ６ろう材でろう付けした熱交換器のチューブと冷却フィンとの接合部の要部拡大図である。
【符号の説明】
【００４３】
１、２…ステンレス部品
１ａ、２ａ…接合面
３…Ｎｉ粉末
４…粉末ろう材
５…フィレット
６…脆化部
７…テストピース
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2005088062.tif 000008
【図６】
2005088062.tif 000009
【図７】
2005088062.tif 000010
【図８】
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